Формирование исходных данных

Введение

Взрыв – это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени. Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Кроме того, высвободившаяся энергия проявляется в виде тепла, света, звука, хотя в ряде случаев могут наблюдаться не все указанные формы.

Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной – вызывает образования воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Взрывы происходят за счет освобождения химической энергии, внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной энергии (искровой разряд, лазерная искра), механической энергии (при падении метеоритов на поверхность Земли и др.), энергии сжатых газов (при превышении давлением предела прочности сосуда – баллона, трубопровода и т.п.).

Говоря о высвобождении химической энергии взрыв следует рассматривать как чрезвычайно быстрое горение с образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Взрыв топливно-воздушных смесей относится к классу химических взрывов. Взрыв ТВС возникает при утечке газа либо испарении горючих жидкостей в ограниченных пространствах (помещениях), где быстро накапливается концентрация горючих элементов до предельной, при которой может произойти воспламенение облака.

Взрывы ТВС могут происходить:

- в помещениях вследствие утечки газов из бытовых приборов;

- Вёмкостях их хранения и транспортировки (спец. резервуарах, газгольдерах, цистернах, танках — грузовых отсеках танкеров);

- в глубинных горных выработках;

- в природной среде вследствие повреждений трубопроводов, труб буровых скважин, при интенсивных утечках сжиженных и горючих газов.

Характеристика горючего вещества

Окись этилена (этилен оксид, оксиран, 1,2-эпоксиэтан) — органическое химическое гетероциклическое вещество, химическая формула C₂H₄O. При нормальных условиях — бесцветный газ с характерным сладковатым запахом. Производное этилена и представляет собой простейший эпоксид — трёхчленный гетероцикл в кольцевой молекуле которого содержатся один атом кислорода и два атома углерода.

Благодаря особенностям электронной структуры молекулы, окись этилена легко вступает в реакции присоединения с раскрытием гетероцикла, и, поэтому, легко подвергается полимеризации.

Смесь паров вещества с воздухом является чрезвычайно огне- и взрывоопасной.

Окись этилена обладает дезинфицирующими свойствами, то есть, является сильным ядом для большинства известных микроорганизмов и даже в газообразном виде, что используется для газовой стерилизации, например, одноразовых медицинских шприцов.Также является медленно действующим сильным ядом для теплокровных животных и человека, проявляя канцерогенное, мутагенное, раздражающее и наркотическое действие.

Окись этилена является одним из важных веществ в основном органическом синтезе и широко используется для получения многих химических веществ и полупродуктов, в частности этиленгликолей, этаноламинов, простых и сложных гликолевых и полигликолевых эфиров и прочих соединений.

В химической промышленности окись этилена получают прямым окислением этилена в присутствии серебряного катализатора.

Физические свойства. Окись этилена — бесцветный газ (при 25 °C) или подвижная жидкость (при 0 °C) с характерным эфирным сладковатым запахом, ощутимым при концентрации в воздухе свыше 500 частей на миллион. Хорошо растворима в воде, спирте, эфире и многих других органических растворителях. Температура кипения: 10,7 °C; температура плавления: −111,3 °C; плотность жидкой окиси этилена при температуре 10 °C относительно воды при той же температуре: 0,8824.

Благодаря особенностям молекулярной структуры, окись этилена является весьма реакционноспособным соединением и легко вступает в реакции с различными соединениями с разрывом C-O связи и раскрытием цикла. Для соединения наиболее характерны реакции с нуклеофилами, проходящие по механизму S_N2 как в кислой (слабые нуклеофилы: вода, спирты), так и щелочной среде (сильные нуклеофилы: OH⁻, RO⁻, NH₃, RNH₂, RR’NH и пр.).

Формирование исходных данных

Определение массы горючего газа, участвующего во взрыве проводится согласно Приложению 3 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтеперерабатывающих производств». В общем случае, для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ, доля участия во взрыве может приниматься равной 0,1.

Таким образом, масса окиси этилена, содержащегося в облаке топливно-воздушной смеси (ТВС)равна:

,                                                                                                   (1)

M_г =0.1*М=0.1*30=3(т).

Определение эффективногоэнергозапаса ТВС проводится по формуле:

                                                                          (2)

или

,

где масса горючего вещества, кг;

удельная теплота сгорания горючего газа, ;

концентрация горючего в смеси, ;

Стехиометрическая концентрация вещества в смеси с воздухом,кг⁄м³;

1) Средняя концентрация горючего вещества в смеси может приниматься как концентрация соответствующая нижнему концентрационному пределу воспламенения горючего газа.

.

2) Теплота сгорания горючего газа q_г в ТВС берется из справочных данных или оценивается по формуле:

,                                                                                                      (3)

где корректировочный параметр,характеризующий фугасные свойства ТВС.

;

.

Справочная удельная теплота сгорания для окиси этилена  [2].

Для расчета принимаем .

3) Стехиометрическая концентрация вещества в смеси с воздухом:

,                                                                                                 (4)

где стехиометрический коэффициент кислорода, определяется как:

,                                                                                      (5)

число атомов углерода, водорода, галогена и кислорода в молекуле вещества;

,

.

Так как , то эффективный энергозапас горючей смеси определяем по формуле:

.